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在家学习能量问题,六大题型详解(一)
2021-04-13 正领国际教育

小伙伴们,大考取消了,你们是感觉暗自窃喜还是瑟瑟发抖呢?

希望大家不要放松,毕竟明年学校照样招生,只是换个方式考核你罢了,最终实力才是王道。

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对照完上次练习题的答案之后,今天我们开始说能量。

● 能量 (energy) 是描述物体运动状态的物理量。它是一个状态量。

● 功 (work) 是描述物体状态改变过程的物理量。它是一个过程量。

● 做功是能量转移或转化的过程。能量转移是指不同物体之间能量的转移,比如A物体对B物体做功,能量从A物体转移到B物体。能量转化是指不同形式之间能量的转化,比如摩擦生热,将动能转化为内能。

复习一下做功的公式:W=Fdcosθ

如果大家对P3中Vector熟悉的话,会发现这个公式实质就是一个向量点乘:

要注意W是一个标量,它只有大小,没有方向。

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动能定理:能量问题中的核心就是动能定理:合外力做功=机械能的变化。

如果我们把机械能分成动能 (KE) 和重力势能 (GPE),把合外力做功分成做正功(通常为驱动力、拉力等)和做负功(通常为摩擦力、阻力等),可以整理出如下公式:

gain in KE + gain in GPE = energy gain – energy loss

或者如果需要考虑初状态和末状态,也可以写成如下形式:

initial KE + initial GPE + energy gain – energy loss = final KE + final GPE。

小伙伴们在做题的时候只需把这4项或6项的值都准确写出,代入计算即可。

题型一:拉力做功

注意:速度不变时,gain in KE = 0。

问题1

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题型二:水平问题

注意:高度不变时,gain in GPE = 0。

问题2

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题型三:竖直问题

注意:物体上升,GPE增加,物体下降,GPE减少。

问题3

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题型四:斜坡问题

问题4

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题型五:滑轮问题

问题5

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题型六:滑道问题

这里补充一下保守力 (conservation forces) 和非保守力 (non-conservation forces)的概念。

保守力做功与路径无关,只与起点和终点有关,比如重力。

非保守做功与路径相关,比如驱动力、摩擦力、空气阻力等。

如果在一个力学体系中,所有的力都是保守力,那么称之为保守系统(conservation system)。在保守系统中,我们有机械能守恒(没有energy gain和energy loss),即:

gain in KE + gain in GPE = 0 / initial KE + initial GPE = final KE + final GPE。

那么在非保守系统中,我们有总能量守恒,只是机械能有变化。

下面的这道题,就是一个保守系统。

问题6

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今天的题型讲到这里啦,记得做作业不要偷懒哦!

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